高压冷却下PCBN刀具切削镍基高温合金刀具磨损研究

摘要

镍基高温合金由于在高温高压等复杂条件下仍能具有较好的金属特性，因此在航空航天、船舶、核电等行业得到极其广泛的应用。但切削力大、刀具磨损严重、切削温度高等加工难题一直是制约高温合金发展的主要因素。随着科学技术的发展，各种新型刀具材料的出现有效地提高了高温合金加工效率，如PCBN刀具等已经在高温合金的切削加工中表现出优异的性能。在运用新型刀具的同时采用高压冷却等非常规的加工方法也可以取得良好的加工效果。针对高温合金的以上这些加工难题，本文在高压冷却下采用PCBN刀具进行镍基高温合金GH4169的切削试验，在不同倒棱角度和倒棱宽度的刀具、冷却压力以及切削用量的条件下，对切削力、刀具的磨损形式、刀具磨损机理以及刀具耐用度进行了深入的研究。
　　首先，进行了高压冷却下镍基高温合金切削力试验研究。主要设计了高压冷却下PCBN刀具切削镍基高温合金GH4169的正交和单因素试验，运用数学理论研究不同因素对切削力的显著性影响，同时研究了切削力在不同刀具几何参数、冷却压力以及切削用量的条件下的规律影响分析。
　　其次，进行高压冷却下PCBN刀具磨损机理分析。根据试验结果和刀具磨损的相关理论，对PCBN刀具磨损关键部位的主要磨损形式进行深入分析，同时探讨了不同磨损状态下的磨损机理分析;同时在其它相同切削条件下还利用扫描电镜和能谱分析对不同切削速度的PCBN刀具磨损形貌进行了深入的研究分析。
　　再次，进行了高压冷却下PCBN刀具耐用度试验研究。探讨了不同切削条件下PCBN刀具切削镍基高温合金GH4169刀具耐用度的影响规律，并采用多元线性回归法建立高压冷却下PCBN刀具耐用度预测模型。
　　最后，一建立PCBN刀具磨损预测模型。结合传统的Archard粘结磨损模型，并通过试验、数学分析以及金属切削相关理论建立高压冷却下PCBN刀具磨损预测模型。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究目的和意义

1．2 PCBN刀具与高温合金特性及应用

1．2．1 PCBN刀具的性能及应用

1．2．2 高温合金材料特性及加工特点

1．3 高压冷却技术与高温合金加工的研究现状

1．3．1 高压冷却技术的研究现状

1．3．2 高温合金切削加工中切削力的研究现状

1．3．3 高温合金切削加工中刀具磨损的研究现状

1．4 镍基高温合金切削加工存在的主要问题

1．5．1 课题来源

1．5．2 主要研究内容

第2章 高压冷却下镍基高温合金切削力试验研究

2．1 高压冷却下PCBN刀具切削镍基高温合金试验设计

2．1．1 试验材料的选择

2．1．2 试验设备及刀具的选择

2．2 试验方案设计

2．2．1 正交试验方案设计

2．2．2 单因素试验方案设计

2．3 高压冷却下切削力试验结果分析

2．3．1 极差分析高压冷却下切削合力的影响

2．3．2 方差分析高压冷却下切削分力的影响

2．4 高压冷却下不同切削条件对切削力的影响分析

2．4．1 刀真不同倒棱参数对切削力的影响分析

2．4．2 冷却压力对切削力的影响分析

2．4．3 切削用量对切削力的影响分析

2．5 本章小结

第3章 高压冷却下PCBN刀具磨损机理分析

3．1 PCBN刀具主要磨损形式分析

3．1．1 PCBN刀具前刀面磨损

3．1．2 PCBN刀具后刀面磨损

3．1．3 PCBN刀具破损

3．1．4 PCBN刀具复合片脱焊

3．2 PCBN刀具磨损机理分析

3．2．1 磨料磨损

3．2．2 氧化磨损

3．2．3 粘结磨损

3．2．4 扩散磨损

3．2．5 逆转化磨损

3．3 高压冷却下PCBN刀具磨损的形貌分析

3．4 本章小结

第4章 高压冷却下PCBN刀具耐用度试验研究

4．1 刀具耐用度试验方案设计

4．2 高压冷却下刀具耐用度试验结果分析

4．2．2 方差分析切削用量对刀具耐用度的影响

4．3 高压冷却下刀具耐用度预测模型的建立

4．3．1 传统切削下刀具耐用度预测模型

4．3．2 高压冷却下刀具耐用度预测模型的建立

4．4 高压冷却下不同切削条件对刀具耐用度的影响分析

4．4．1 刀具不同倒棱参数对刀具耐用度的影响

4．4．2 冷却压力对刀具耐用度的影响

4．4．3 切削用量对刀具耐用度的影响

4．5 本章小结

第5章 PCBN刀具磨损预测模型的建立

5．1 Archard粘结磨损模型

5．2 PCBN刀具后刀面粘结磨损预测模型的建立

5．3 高压冷却下磨损预测模型的建立

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢